Fluxos de dióxido de carbono em uma área de floresta na Amazônia Central

Texto

(1)FLUXOS DE DIÓXIDO DE CARBONO EM UMA ÁREA DE FLORESTA NA AMAZÔNIA CENTRAL.. RAFAEL FERREIRA DA COSTA Meteorologista. Orientador: Prof. ANTONIO ROBERTO PEREIRA. Disser;tação apresentada à Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz",. Universidade. de. São. Paulo, para obtenção do Título de Mestre em Agronomia, Área de Concentração: Agrometeorologia.. PIRACICABA Estado de São Paulo - Brasil JANEIRO 2000.

(2) Dados Internacionais de catalogação na Publicação <CIP> DIVISÃO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO - campus "Luiz de Queiroz"/USP. Ferreira da Costa, Rafael Fluxos de dióxido de carbono em uma área de floresta na Amazônia Central / Rafael Ferreira da Costa. - - Piracicaba, 2000. 97 p.: il. Dissertação (mestrado) - - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, 2000. Bibliografia. 1. Climatologia florestal 2. Dióxido de carbono 3. Ecologia florestal 4. Floresta amazônica 5. Relação solo-planta-atmosfera 1. Título CDD 634.94.

(3) ERRATAS. Página 2, 2º parágrafo, linha 11, onde se lê "....opera em escala de tempo de alguns segundos até vários anos, sendo. possível relacionar ..." leia-se "...opera em escala de tempo de alguns segundos, sendo possível relacionar... ". Página 52, 3 ° parágrafo, linha 6, onde se lê "O dia 19 mesmo tendo de ocorrência de chuvas só às registrou. significativamente às 17 h,... " leia-se "O dia 19 mesmo com a ocorrência de chuvas só as registrou significativamente após 17 h,....".

(4) II. Para Nair_, minha mãe e para Ana que é a melhor metade de mim, fontes eternas de incentivo, amor e compreensão, e sumidouros de dúvidas, tristezas e desânimos.. Ap�uma-gõt"a-ti&� J<Jb-re,, 0;y 111.4fléri()-y do ch-r� oe,ea,no-�.

(5) III. AGRADECIMENTOS Ao Professor Antonio Roberto Pereira, pela orientação neste trabalho e pela confiança depositada. Aos· professores e funcionários do Departamento de Ciências Exatas, curso de Agrometeorologia da ESALQ/USP pelos ensinamentos, em especial aos Doutores: Nilson Augusto Villanova e Paulo Cesar Sentelhas. Aos companheiros do curso de Mestrado; Evandro, Glauco, Karen, Késia, Marcius, e Sylvia e aos novos amigos; Cristina, Marcelino e Cláudia, Norberto, Betânia e Rosa. Ao Gilberto Fisch pesquisador do IAE/CTA de São José dos Campos, SP, pela amizade e ,yaliosa contribuição na elaboração deste trabalho À CAPES, pela concessão da bolsa de estudos A tqdos aqueles que direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho..

(6) IV. SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ....................................................................................... RESUMO .......................................................................................................... SUMMARY ........................................................................................................ 1. INTRODUÇÃO................................................................................ REVISÃO DE LITERATURA ....................................................... 2. 2.1 O passado e o presente do CO2 atmosférico ...................................... 2.2 Emissões globais e regionais de CO2. ............................................... 2.3. Mudanças no uso da terra. ................................................................. 2.4 As interações do carbono atmosférico. .............................................. 2.5 Técnicas de medidas de CO2.............................................................. 2.6 Alguns estudos de CO2 em florestas. ........................ : ........................ 2.7 Estudos de CO2 na Amazônia. ........................................................... MATERIAL E MÉTODOS ............................................................ 3. 3.1 Localização. ....................................................................................... 3.2 Características do solo........................................................................ 3.3 Vegetação. ......................................................................................... 3.4 Torre micrometeorológica. ................................................................ 3.5 Covariância dos fluxos turbulentos. .................................................. 3.6 Análise dos dados............................................................................... RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................... 4. 4.1 Precipitação pluviométrica. ............................................................... 4.2 Fluxos de CO2. ................................................................................... 4.3 Concentrações de CO2. ............................................ :......................... 4.4. Perfis de concentrações de CO2. ........................................................ 4.5 Radiação solar incidente (S) . ............................................................. 4.6 Radiação solar refletida (Sr) . ............................................................. 4.7 Saldo de radiação (Rn) . ...................................................................... 4.8 Fluxo de calor sensível (H) . ............................................................... 4.9 Fluxo de calor latente (LE) . ............................................................... 4.10 Velocidade de fricção (u*) . ............................................................... 4.11 Temperatura do ar (Ta) . ..................................................................... 4.12 Temperatura do solo (Ts) . .................................................................. 4.13 Déficit de pressão de vapor (Lle) . ....................................................... 4.14 Umidade relativa do ar (UR) . ............................................................ 4.15 Velocidade do vento (Vv) . ................................................................. 4.16 Razão de Bowen (/3) . ...... , .................................................................. 5. CONCLUSÕES................................................................................. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................. Página V VI VIII 1 4 4 8 11 13 16 17 18 22 22 24 24 25 27 32 34 34 38 45 47 52 55 57 59 60 62 64 66 67 68 70 71 73 76.

(7) V. LISTA DE FIGURAS Página. Figuras. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 e 12 13 e 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34. Concentração de CO2 no último milênio ......................................... Concentração de CO2 em Mauna Loa, Hawaii, EUA....................... Taxas de crescimento das Concentração de CO2 em Mauna Loa ... Emissões globais de carbono de origem fóssil ............................... Emissões brasileiras de carbono de origem fóssil ........................... Fixação de CO2 pelos estômatos .................................................... Mapa de localização do sítio experimental ..................................... Torre micrometeorológica ............................................................... Estação meteorológica automática .................................................. Anemômetro sônico e Analisador infravermelho de gás ................ Precipitação pluviométrica no período seco .................................... Precipitação pluviométrica no período chuvoso ............................. Fluxos de CO2 ................................................................................ Fluxos de CO2 e precipitação nos períodos seco e chuvoso ........... Fluxo integrado e balanço de carbono ............................................ Valores horários das concentrações de CO2 .................................... Perfis de concentrações de CO2 em 6 níveis no período seco ........ . Variabilidade média diária das concentrações de CO2 .................... Valores médios diários das concentrações de CO2 ,......................... Concentrações médias de CO2 em 6 níveis no período seco ........... Radiação solar incidente .................................................................. Radiação solar refletida .................................................................... Saldo de radiação ............................................................................ Fluxo de calor sensível .................................................................. Fluxo de calor latente .................................................................... Velocidade de fricção ..................................................................... Temperatura do ar .......................................................................... Temperatura do solo a 5 cm de profundidade ................................. Déficit de pressão de vapor ............................................................. Umidade relativa do ar .................................................................... Velocidade do vento ........................................................................ Razão de Bowen ................................................................................ 6 6 7 10 10 14 23 25 26 28 35 37 40 41 45 47 49 50 51 51 54 56 58 59-60 61-62 63-64 65 66-67 68 69-70 71 72.

(8) VI. FLUXOS DE DIÓXIDO DE CARBONO EM UMA ÁREA DE FLORESTA NA AMAZÔNIA CENTRAL.. Autor: RAFAEL FERREIRA DA COSTA Orientador: Prof. ANTONIO ROBERTO PEREIRA. RESUMO Medidas de fluxos e concentração de dióxido de carbono (CO2) foram coletadas durante dois períodos distintos na Amazônia ·central, em uma torre micrometeorológica com 41,5m de altura, montada na Reserva Biológica do Rio Cuieiras, · na Bacia experimental do rio Tarumã-Açu (2° 36'S, 60º 7'W, 52m) pertencente ao Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), distante cerca de 57 km ao norte de Manaus (AM). A primeira fase de coleta, chamada de período seco, teve a duração de oito dias (21 a 28/10/1995) com o registro de apenas 12,6mm de 1. precipitação .. A segunda fase, período chuvoso também com a duração de oito dias (15 a 22/02/1996) registrou 109,8mm de precipitação. Os fluxos de CO2 ocorreram da floresta para a atmosfera durante o período noturno até as primeiras horas da manhã (fluxos positivos), resultantes do predomínio do processo respiratório da vegetação. Durante o período diurno o fluxo de CO2 teve o sinal invertido, quando a absorção do CO2 atmosférico pela vegetação prevaleceu sobre a liberação (fluxos negativos), para utilização no processo de fotossíntese. Foram realizadas medidas em seis níveis distintos; 1; 9; 17,4; 25,3; 33,3 e 46,5m durante o período seco. No período seco, em média, foi registrado um valor de+12,9 �mol m-2 s- 1 às 8 h, enquanto que no período chuvoso, este valor foi de +11,4 µmol m-2 s- 1 às 7 h. Para o período seco o valor registrado foi -14,5 µmol m-2 s- 1 às 12 h, e para o período chuvoso -16,4 µmol m-2 s- 1 às 11 h. Os fluxos médios de CO2 mostraram que, no período seco, houve absorção de -35,4 kg C ha- 1 dia- 1, e um fluxo de liberação de+21,8 kg C ha- 1 dia- 1, resultando em.

(9) VII. um balanço médio diário de -13,6 kg C ha- 1 dia- 1 (seqüestro). Durante o período chuvoso, a emissão média de carbono para a atmosfera foi de +32,3 kg C ha- 1 dia- 1, sendo que no mesmo período o seqüestro médio foi de -48,2 kg C ha- 1 dia- 1• O balanço de carbono na época chuvosa foi de -15,9 kg C ha- 1 dia- 1, mostrando que a floresta foi sumidouro de carbono durante os períoqos estudados. Extrapolando-se a floresta retiraria da atmosfera aproximadamente -5 Mg C ha- 1 ano- 1 com as taxas de seqüestro obtidas no período seco, e cerca de -5,8 Mg C ha- 1 ano- 1 com os valores da época chuvosa, o que representa aproximadamente 16 % mais carbono absorvido pela vegetação na época chuvosa do que na seca. A taxa média de seqüestro de carbono pela vegetação· obtida neste trabalho, de aproximadamente -5,4 Mg e; ha- 1 ano- 1, se expandida para a área total da Amazônia (cerca de 5x10 8 ha), atingiria -2,7 Pg C ano- 1• Uma mitigação de carbono atmosférico desta proporção ajudaria a explicar, em parte, o chamado carbono desaparecido "missing carbon" apresentado nos balanços globais. As concentrações médias de C02 acima da floresta foram de 387 ppmv no período seco e de 370 ppmv no chuvoso. A média geral da concentração de C02 foi de aproximadamente 379 ppmv. As concentrações de C02 acima do dossel foram aproximadamente 4,6 % maiores. no período seco do que no chuvoso. Na média, a concentração de C02 atingiu valores máximos no nível de lm com aproximadamente 41O ppmv e de 409 ppmv em 9m, decrescendo progressivamente até atingir a mais baixa concentração em 46,5m com aproximadamente 387 ppmv. Esta diferença representou cerca de +5,5% de C02 no nível inferior..

(10) VIII. CARBON DIOXIDE FLUXES IN A FOREST SITE ON THE CENTRAL AMAZONIA.. Author: RAFAEL FERREIRA DA COSTA Adviser: Prof. ANTONIO ROBERTO PEREIRA SUMMARY Carbon dioxide (CO2) fluxes and concentrations were collected during two distinct periods in the Central Amazonia. ln a micrometeorological tower with 41.5m, installed in Cuieiras reserve property of INPA (Amazonia National Research lnstitute) 2° 36'S, 60º 7'W, 52m a.s.l., some 57 km northward of Manaus. The dry season (21-28 / 10 / 1995) recorded 12.6mm of rainfall. ln the wet season (15-22 / 02 / 1996) th e rainfall was 109.8mm. The CO2 were released from the forest'to the atmosphere from sunset. to sunrise. During sunlight the CO2 was absorved by vegetation by. photossyntetic activity. CO2 concentrations samples were made in six levels: 1, 9, 17.4, 25.3, 33.3 and 46.5m above the ground during dry season. ln the dry season, the mean release of CO2 was +12.9 µ mol m-2 s- 1 at 8 A.M., while in the wet season, this value was +11.4 µ mol m-2 s- 1 recorded at 7 A.M. The mean absorption of CO2 were, -14.5 µ mol m-2 s- 1 at 12 A.M. at the dry season, and -16.4 µ mol m-2 s- 1 at 11 A.M. at the wet season. The tropical rainforest showed an average CO2 fluxes of -35.4 kg C ha- 1 dai 1 (absorption), and +21.8 kg C ha- 1 day- 1 (release) for the dry season, resulting a daily budget of -13.6 kg C ha- 1 dai 1 (carbon sequestration). ln wet season the mean CO2 release to the atmosphere was + 32.3 kg C ha- 1 dai 1, while average absorption was -48.2 kg C ha- 1 dai 1, giving a carbon budget of -15.9 kg C ha- 1 day- 1, showing the tropical rainforest as a sink of atmospheric CO2 in the both seasons. The rainforest uptakes nearly -5 Mg C ha- 1 yea( 1 with the dry season sequestration values, and approximately -5.8 Mg C ha- 1 year- 1 in the wet season, representing around 16% more vegetation.

(11) IX. carbon absorption in the wet season than in the dry season. The average rate of carbon sequestration by vegetation on this work, near of -5.4 Mg C ha· 1 year· 1, if expanded overall Amazonia (~5x10 8 ha) will reach -2.7 Pg C year· 1• A atmospheric carbon mitigation ratio, help to explained in part, the called missing carbon showed on the globais budgets. The average CO2 concentrations above canopy were 387 ppmv in the dry season,.and 370 ppmv in wet season, or approximately 4.6% more in the dry season. The general mean value of CO2 concentration was 379 ppmv. On average CO2 concentrations in different levels were 410 ppmv (lm), 409 ppmv (9m), progressively decreasing at lowest concentration of 387 ppmv (46.5m), this difference represented +5.5% in the inferior level..

(12) 1 INTRODUÇÃO O dióxido de carbono (CO2 ) é amplamente conhecido como o mais importante dos gases que absorvem radiação infravermelha, os chamados gases de efeito estufa. As atividades antropogênicas contribuem como uma grande fonte de carbono para a atmosfera, pela queima de combustíveis fósseis e seus derivados. As mudanças no uso da terra,. a substituição de vegetação nativa por culturas agrícolas ou atividades. pecuárias são outros fatores da pressão antropogênica no aumento do carbono atmosférico. A elevação das concentrações na atmosfera dos gases de efeito estufa, tais como o CO2 , N2O (óxido nitroso), CH4 (metano) e outros, afeta o balanço radiativo da atmosfera e da superfície terrestre. O CO2 liberado permanecerá ativo durante vários anos, talvez séculos. O sistema terrestre, pelos processos biogeoquímicos, poderá levar milhares de anos para retornar aos níveis de CO2, similares aos da era pré-industrial (Tans et al., 1996). Do início da era industrial, em meados do século XIX, até a atualidade, a concentração de CO2 na atmosfera cresceu em média, de 280 ppmv (partes por milhão de volume) para aproximadamente 367 ppmv (Keeling & Whorf, 1999). Atualmente, cerca de metade do total de emissões antropogênicas ainda permanece na atmosfera (Tans et al., 1990; Conway et al., 1994). As emissões globais de carbono para a atmosfera alcançaram 6,32 Pg C ano· 1 (Pg = Petagrama = 10 15 g = bilhões de toneladas) em 1998. Isto significou uma redução de 0,5% nas emissões, em relação ao ano anterior. Este foi o primeiro ano, desde 1993, que houve decréscimo nas emissões globais de carbono para a atmosfera, e mesmo assim, ainda foi cerca de 6,3% maior que em 1990 (Flavin, 1999)..

(13) 2. Além da emissão de carbono para a atmosfera oriunda das atividades industriais, existe aquela cuja origem está vinculada à destruição de florestas, principalmente as tropicais. O carbono armazenado na biomassa da floresta pode ser liberado para a atmosfera na forma de CO2, pelos desmatamentos e queimadas (Wong, 1978; Seiler & Crutzen, 1980; Andreae et al., 1988). Uma combustão eficiente libera até 35% do carbono contido na fitomassa florestal (Graça, 1997). A conversão de florestas tropicais em áreas de cultivo ou pastagens estaria funcionando como fonte de CO2 para a atmosfera (Scholes, 1999). As florestas nativas ou plantadas têm enorme potencial de seqüestrar carbono da atmosfera, porém a estimativa dessa retirada ainda está sendo discutida (Valentini et al., 1996). As florestas tropicais são responsáveis por metade da absorção de CO2 realizada pela vegetação (Nobre & Gash, 1997). Há necessidade de se aperfeiçoar o entendimento das funções que as florestas tropicais têm no ciclo de carbono. Neste sentido, nos últimos anos alguns trabalhos e estudos foram realizados (Wofsy et al., 1988; Fan et al., 1990; Delmas et al., 1992; Grace et al., 1995a,b, 1996a; Malhi et al., 1998; Culf et al., 1999). As pesquisas mais recentes utilizam a técnica da correlação dos vórtices turbulentos (eddy correlation), que tem se mostrado extremamente confiável na determinação das interações solo-planta-atmosfera. É uma técnica não destrutiva, e opera em escala de tempo de alguns segundos até vários anos, sendo possível relacionar as trocas de carbono na atmosfera aos fatores biofísicos do ambiente (Baldocchi et al., 1988, 1996; Lenschow, 1995; Moncrieff et al., 1996). A Amazônia, devido sua localização e dimensão, tem função importante no ciclo biogeoquímico do carbono. É a maior tributária de calor e umidade para a atmosfera global, e alterações na sua vegetação e propriedades do solo, podem resultar em aumento da temperatura à superfície, reduções na evapotranspiração e precipitação na região (Peagle, 1987; Nobre et al., 1991; Henderson-Sellers et al., 1993). Medidas de fluxos e concentrações de CO2 realizadas na região, têm classificado a Amazônia como um importante sumidouro de carbono da atmosfera, utilizado pela vegetação no processo de fotossíntese (Grace et al., 1995b, 1996a,b; Malhi et al., 1998). O padrão de variação dos fluxos de CO2 é caracterizado por um predomínio.

(14) 3. da absorção de CO2 pela vegetação desde o meio da manhã, até quase o final da tarde, quando o processo de respiração suplanta a assimilação do sistema solo-planta atuando durante toda a noite até as primeiras horas após o amanhecer (Fan et al., 1990; Grace et al., 1995b, 1996a,b; Malhi et al., 1998). Este trabalho tem como objetivo analisar as variações sazonais dos fluxos e concentrações médias de CO2, em uma área de floresta tropical na região central da Amazônia, caracterizadas por dois períodos distintos durante as estações seca e chuvosa. As variações interdiurnas de CO2 para cada período serão associadas às séries temporais de diversos elementos climáticos, tais como: radiação solar incidente e refletida, saldo de radiação, temperatura do ar e do solo, precipitação, déficit de pressão de vapor, etc. Serão analisadas e quantificadas as concentrações de CO2 , em diferentes alturas dentro do dossel vegetativo. Os dados utilizados neste trabalho, fazem parte de um conjunto maior obtido durante o projeto JACAREX - Joint Amazonian Carbon Dioxide Experiment (Malhi et al. 1998)..

(15) 4. 2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1 O passado e o presente do C02 atmosférico Para a determinação da provável composição da atmosfera de épocas passadas, analisam-se minúsculas bolhas de ar, que foram aprisionadas por camadas sucessivas de gelo nas regiões polares do planeta. Por meio de sondagens profundas, realizadas nas camadas de gelo, é possível ter acesso aos núcleos de ar que contêm as informações do passado atmosférico. Michel (1999) observou que as amostras de ar relacionadas aos períodos entre os séculos X e XV são de baixa resolução, dificultando a avaliação das oscilações do C02 atmosférico. Barnola et al. (1995) analisaram a evolução do C02 durante os últimos mil anos utilizando amostras obtidas na Groenlândia e na Antártica. Etheridge et al. (1996) fizeram suas avaliações a partir de informações coletadas na Antártica. Estes núcleos de gelo, que funcionaram como verdadeiros arquivos da atmosfera antiga, revelaram que existia um estado de quase equilíbrio nas concentrações de C02, que variavam em tomo de 280. ± 1 O ppmv.. Esta situação foi mantida desta maneira até. aproximadamente o século XVII. Grove (1988) reportou que as concentrações de C02 sofreram um suave decréscimo naquela época, período que coincidiu com a ocorrência da chamada 'pequena era do gelo' que afetou principalmente o Hemisfério Norte. Bradley & Jones (1993) e Keigwin (1996) também relataram a influência deste período na Europa. As temperaturas sofreram uma redução acentuada, o que possivelmente causou redução na respiração do solo, afetando o nível de concentração de C02 na atmosfera. Em meados do século XVIII, a quantidade de C02 começou a aumentar com o término da 'pequena era do gelo'. Indermühle (1999) ressaltou que, até aquela época,.

(16) 5. a biosfera. terrestre e aquática, assim como as interações com os sedimentos oceânicos, eram as principais responsáveis pela liberação ou seqüestro de CO2 da atmosfera. Após aquele período as concentrações de CO2 atmosférico se mantiveram praticamente inalteradas, até a segunda metade do século XIX, quando teve início o período conhecido como Revolução Industrial. Neftel et al. (1985) evidenciaram o aumento nas concentrações de CO2 na atmosfera após o início da industrialização. Em 1850, as concentrações eram de aproximadamente 286 ppmv, sofrendo, a partir de então, uma elevação contínua, porém, ainda lenta até as primeiras décadas do século XX. Em 1930, as concentrações oscilavam em tomo de 31O ppmv. Estes valores das concentrações de CO2 na atmosfera até a década de 30, ainda foram obtidos por meio da análise de núcleos de gelo polar (Figura 1}. Kelling & Whorf (1999) apresentam medições realizadas na estação de Mawm Loa, no Estado norte americano do Hawaii, a partir do final da década de 1950. Os valores são obtidos por meio de análise de amostras de ar coletadas no local. As informações conseguidas no Hawaii formam a mais longa série existente de dados de CO2 atmosférico. Apesar de ser uma medida pontual, e em uma pequena ilha distante de qualquer continente, serve de referência mundial para os estudos sobre a evolução do conteúdo de CO2 atmosférico. Os primeiros registros, no ano de 1958, indicaram uma concentração de aproximadamente 315 ppmv (Figura 2). A taxa média de crescimento das concentrações de CO2 tem sido de aproximadamente 1,5 ppmv ano- 1 valor obtido pela aplic.ação das médias móveis dos dados (Figura 3a). Há um ciclo sazonal bem caracterizado, sendo que freqüentemente em maio ocorre o valor mais elevado do ano, enquanto que setembro registra os valores mais baixos (Figura 3b). As medidas mais recentes, registraram uma concentração média anual, para 1998, de aproximadamente 367 ppmv (Figura 3c), um aumento de aproximadamente 14% nos últimos 40 anos, refletindo a elevação das emissões globais de carbono com origem nas atividades antropogênicas..

(17) 6. o. 1300. 1100. 1500 anos. 1700. 1900. Figura 1 Concentração de C02 nos últimos mil anos, obtida por meio de análises de núcleos de gelo na Antártica. A linha representa a média móvel das medidas. Fonte: IPCC 1996, Technical summary.. 370. 340·. • 3}0 -<---�·-------. 1958. 1963. 1969. 1975. ·~·--~r�-�---�----. 1981. anos. 1986. 1992. 1998. Figura 2 Medidas mensais de concentração de C02 na estação de Mauna Loa, Hawaii, EUA, desde 1958. Fonte: Kelling& Whorf, 1999..

(18) 7. 3a. .. .. ..... :. r... 2. <?. ,.o,. o. •. o,. ó. ·�',. 'ó. '. o -;---- -�- � 1958. 1963. 1973. 1968. 1978. 1993. 1988. 1983. .. '.. •O'. 1998. anos. 3b. 370 � ------:_ ------. __ J959 . . -o . . .. 1969. - _ 1979. � • • • -O. •• •. o .•. •. . -O ••. •. -O. • • O• • • • ,o • -O• •• -. _.,__1989 o ••. • -O • • O• •• • •• •. .. .0. ----1998. 310 ��-�-�------�-�-----. Jan. Mar. Mai. Jul. Set. Nov. meses. 3c. 370. 340. ... . . . . ..... .. 310 1958. 1963. 1968. 1973. .... .. .. 1978. 1983. 1988. 19.93. ... 1998. anos. Figuras 3 Concentração de CO2, desde 1958, na estação de Mauna Loa, Hawaii, EUA: a) taxa de crescimento anual. b) médias mensais. c) crescimento médio anual. Fonte: Kelling & Whorf, 1999..

(19) 8. 2.2 Emissões globais e regionais de C02. ·Estimativas das emissões globais de carbono para a atmosfera foram apresentadas por Marland et al. (1999). A utilização de combustíveis fósseis e a produção de cimento teriam sido responsáveis pela liberação na atmosfera de aproximadamente 265 Pg C desde 1751. Metade destas emissões teria ocorrido durante as últimas três décadas. Globalmente, a utilização de material fóssil está dividida de seguinte maneira: cerca de 77,5% das emissões são representadas por combustíveis líquidos e sólidos, os combustíveis gasosos seriam aproximadamente 18,3%, enquanto que a produção de cimento contribuiu com menos de 5% das emissões totais. A Administração Nacional para Oceano e Atmosfera (NOAA) e o Laboratório de Diagnóstico e Monitoramento Climático (CDML) ambos dos Estados Unidos da_ América, medem o CO2 atmosférico em amostras de ar coletadas semanalmente em duas estações desde a década de 1960 e em uma rede global de estações desde o início dos anos de 1970 (Conway & Tans, 1996). As análises mostraram que a longo prazo está ocorrendo aumento nas concentrações de CO2 atmosférico. Análise de dados recentes realizadas no Worldwatch Institute (Washington, D.C., EUA. http://www.worldwatch.org), sobre o consumo mundial de energia, detectaram uma redução de 0,5% em 1998, em relação a 1997, nas emissões globais de carbono para a atmosfera, oriundas da utilização de combustíveis fósseis (Flavin, 1999). A quantidade de carbono liberada no ar durante 1998 foi de aproximadamente 6,3 Pg C, sendo este o primeiro ano, desde 1993, em que se registrou redução nas emissões de carbono, quando comparadas ao ano imediatamente anterior (Figura 4). Se comparadas às emissões do início da década (1990), houve um acréscimo de cerca de 6,3% nas liberações. A redução nas emissões anuais de carbono para a atmosfera foi em parte, devido a uma utilização mais eficiente da energia e da diminuição do uso do carvão. Isto está relacionado com o crescimento de setores da economia mundial, que não são grandes consumidores de energia tais como, as áreas de serviço e de tecnologia..

(20) 9. Em escala regional, individualmente os Estados Unidos da América são o país que mais emite CO2 para a atmosfera, com aproximadamente 1,46 Pg C ano- 1 em 1998, cerca de 0,4% a mais que em 1997, e aproximadamente 23% do total das emissões globais. Depois vem a China com 803 Tg C ano- 1 (Tg = Teragrama = 10 12g = milhões de toneladas), com redução de 3,7% em relação a 1997, e cerca de 12,7% das emissões totais. A Comunidade Européia emitiu 548 Tg C ano- 1, menos 0,9% em relação a 1997 e 9% do global. Em seguida vem a Russia com 400 Tg C ano- 1, reduzindo 1,3% em relação ao ano anterior e cerca de 6% do total das emissões globais. O Japão com 297 Tg C ano- 1 ·e a Índia com 276 Tg C ano- 1 completam a lista dos maiores emissores de carbono para a atmosfera (Tabela 1). A América Latina como um todo emitiu, em 1996, cerca de 337 Tg C ano- 1 para a atmosfera. Somente dois países da região estão entre os vinte maiores emissores de carbono, México e Brasil, que juntos representam aproximadamente 50% do total das emissões regionais. O México emitiu cerca de 95 Tg C ano- 1, em 1996, sendo o décimo quarto do mundo, com uma taxa per capita em torno de 1,02 Mg C hab- 1ano- 1 (Mg = Megagrama = 106g = toneladas), representando cerca de 28% das emissões regionais. O Brasil, segundo maior emissor do bloco latino-americano, liberou aproximadamente 75 Tg C ano-1, em 1996, com cerca de de 22% do total regional, com um aumento de +9% em relação ao ano anterior, e uma taxa per capita de 0,46 Mg C hab- 1ano- 1• O país ocupou a décima sétima posição no ranking dos maiores emissores mundiais (Marland et ai., 1999). 77% das emissões totais do Brasil, foram por uso de combustíveis líquidos e gasosos, enquanto que aproximadamente 23% foram oriundos de combustíveis sólidos e produção de cimento (Figura 5)..

(21) 10. 4. 1998 (6,32) .. I ·. . . . . . . --�-. 4,2 �-- _ 2. 1. ✓. 7�. 1. 6,3 -� _ _ _ - - _ -. º ----�-==------------.---------,--- ---.---- -,-+-;. 1878. 1838. 1798. 1918. anos. 1958. 1998. Figura 4 Emissões de carbono de origem fóssil para a atmosfera nos últimos duzentos anos. A elevação dos valores a partir do final do século XIX é bem definida. A emissão nas últimas quatro décadas sofreu grande intensificação, em 1998 atingiu cerca de 6,3 bilhões de toneladas de carbono. Fonte: Worldwatch Institute. http://www.worldwatch.org. 5 80. �+--X. 60 'O. u. �. Emissões totais Solidos+cimento. I. /. gasosos+liquidos Per capita (Mg). 40. ',.. 20. o. 0,5. ,. r, '. 1 t:111111111111111111111.r#IIIIIIIJ iaJsdiaJsdlli;,.,,,_IIIA- l,Cldt. 1901. ,,.. �-·-•�11•�-l\tl�� l,lill��-'. 1934. anos. r. -,(. -. li. r. .. .. .:•. • ••. 1. ''\ '. ••. 1. ••. • •••. /t. 0,4. ... 0,3 _a u. •. •••. •. -.----·· _ T---1967. 0,2. 1. O, 1. -- O. 2 000. Figura 5 Taxas de emissão de carbono para a atmosfera no Brasil, desde o início do século XX. A emissão per capita (----) foi de aproximadamente meia tonelada em 1996. As emissões totais do país atingiram cerca de 75 milhões de toneladas de carbono em 1996. Fonte: Marland, G. 1999. http://cdiac.esd.oml.gov.

(22) 11. TABELA 1 Principais países ou blocos econômicos na emissão global de carbono de origem fóssil, em 1998. País/ Bloco. Estados Unidos da América China União Européia Russia América Latina* Japão Índia Outros Total Brasil*. (Pg C ano-1) 1,46 0,8 0,55 0,4 0,34 0,3 0,28 2,19 6,32 0,08. Produção. *Dados referentes ao ano de 1996. Fonte: Worldwatch Institute. http://www.worldwatch.org. (%) 23,1 12,7 8,7 6,3 5,3 4,7 4,4 34,8 100 1,2. 2.3 Mudanças no uso da terra. As conseqüências provenientes das mudanças no uso da terra sobre o balanço global de carbono têm sido objeto de freqüentes debates. Alguns estudos têm demonstrado a diminuição dos sorvedouros biosféricos de carbono devido ao aumento da destruição de áreas de florestas em escala global, nas últimas três décadas (Auclair & Bedford, 1993). Nos trópicos, a conversão de áreas com florestas, em campos de cultivo ou pastagens, estaria funcionando como uma fonte de CO2 para a atmosfera (Scholes, 1999). As emissões de CO2 provocadas pelos desmatamentos das florestas tropicais têm aumentado nas últimas décadas (Leemans, 1999). A crescente necessidade de áreas maiores disponíveis às atividades agrícolas e pecuárias, forçada pelo aumento da demanda no consumo mundial de alimentos, tem incentivado a destruição das florestas. Houghton et ai. (1987) e Houghton (1993) afirmaram que os desmatamentos e as queimadas nas regiões tropicais do planeta, contribuem com a maior parte do carbono liberado para a atmosfera, pois, a destruição da biomassa vegetal e outras trocas no uso da terra, poderiam emitir entre 0,6 e 2 Pg C ano- 1•.

(23) 12. Os aerossóis e as mudanças nas atividades fotossintéticas da vegetação, produzidos pela queima da biomassa, também podem afetar o balanço de radiação (Tans et al., 1990; Penner et al., 1992). Graça (1997) estimou que cerca de 25% das emissões globais de CO2 para a atmosfera foram resultantes das mudanças no uso da terra, causadas principalmente pelo desmatamento. As pastagens, criadas em áreas originalmente cobertas por florestas, reduzem o potencial da região em absorver carbono do ar. Entretanto, estas têm uma perda efetiva de carbono menor do que as culturas anuais, pois as pastagens perenes fixam o carbono no solo durante um período mais prolongado (Houghton, 1990). As pastagens têm grande potencial de produção de raízes, o que possibilitaria um maior acúmulo de carbono (Cerri et al., 1991). Mortatti et al. (1994) ressaltaram que o CO2 emitido pela prática da agricultura, dentre outras atividades antrópicas, tem contribuído sobremaneira para com as mudanças climáticas globais. Em uma cultura de cana-de-açúcar, Rocha (1998) observou que durante nove meses do ano, a vegetação absorveu mais do que liberou carbono para atmosfera. Entretanto, nos outros três meses do ano, após a colheita, houve um predomínio da respiração do solo, provocando maior liberação de carbono no ar. Na Amazônia, as mudanças no uso da terra ganharam evidência a partir de meados do século XX, quando a exploração econômica regional foi possível, após a implantação de rodovias. Com as estradas, os projetos agropecuários e o extrativismo vegetal e mineral se tomaram as atividades antropogênicas responsáveis pela retirada e/ou substituição da floresta primária (Ferreira da Costa et al., 1998). Para tentar entender melhor como que as mudanças no uso da terra e no clima da Amazônia influenciam nas características biogeoquímicas da região, foram realizados diversos experimentos científicos. Para estudar o balanço de energia e a evapotranspiração houve o ARME (Amazonian Research Micrometeorological Experiment), entre os anos de 1983-86, com detalhes em Suttleworth et al., (1984) e Shuttleworth (1988). Para compreender os ciclos dos gases e aerossóis liberados na atmosfera da Amazônia, realizou-se o ABLE (Amazon Boundary Layer Experiment),.

(24) 13. em duas etapas: 2a em 1985 e 2b em 1987 (Harriss et al., 1988, 1990). O balanço de umidade na região, foi objeto de pesquisa durante o FLUAMAZON (Fluxo de Umidade na região Amazônica) no final de 1989 (Rocha, 1991). Durante os anos de 1990 a 1994 foi realizàdo o maior projeto de pesquisa na Amazônia, até então, o ABRACOS (Anglo Brazilian Amazonian Climate Observation Study), com objetivo de analisar as modificações microclimáticas nas áreas de florestas e pastagens na região (Nobre et al., 1996). Para determinar qual a influência dos desmatamentos na Amazônia no clima e na estrutura da camada limite planetária, foi realizado, entre os anos de 1992-94 o RBLE (Rondonia Boundary Layer Experiment), detalhado em Fisch (1996). No final de 1995, com o objetivo de analisar o conteúdo de CO2 dentro da camada limite noturna, na Amazônia central, foi realizado o MACOE (Manaus Atmospheric CO2 Experiment), obtendo-se medidas de CO2 em diversas alturas, com o uso de balão cativo (Culf et al.1999). Análise de CO2 acima e dentro da floresta, foram realizadas nos anos de 199596 durante o JACAREX (Joint Amazonian Carbon Dioxide Experiment), em uma área de floresta, na região central da Amazônia. Parte dos resultados estão em Malhi et al. (1998) e serão objeto deste trabalho. Atualmente, está sendo realizado o LBA (Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia), um ambicioso projeto científico, que visa compreender o funcionamento climatológico, ecológico, biogeoquímico e hidrológico da Amazônia, do impacto das mudanças do uso da terra e as interações da Amazônia com o sistema biofísico global do planeta (LBA, 1996). 2.4 As interações do carbono atmosférico Sem o ciclo biogeoquímico do CO2 e da água entre a superfície terrestre os oceanos e· a atmosfera, a vida, como nós conhecemos seria insustentável. O CO2 e a água têm um importante papel nas atividades biológicas e climáticas do planeta, pois são grandes absorvedores de radiação infravermelha, influenciando no aquecimento atmosférico global. O nível da concentração de CO2 atmosférico tem aumentado, com maior ênfase neste século, e a origem desta elevação está no desequilíbrio entre as fontes emissoras (uso de combustíveis fósseis, queima de biomassa, respiração microbiana e.

(25) 14. vegetal) e os sumidouros biosféricos (oceanos, mares e a vegetação terrestre). A fixação de C02 por fotossíntese converte a energia solar em energia química (Figura 6) que é utilizada para a manutenção e crescimento da vegetação terrestre e aquática, e sustenta a cadeia trófica (Baldocchi et al., 1996). A variação da abertura estomática na superficie foliar controla a liberação da umidade contida na vegetação, assim como a entrada do C02 presente na atmosfera. 6. Camada Limite Laminar da Folha. Figura 6. Fixação de C02 pelas folhas. Manabe & Stouffer (1994) destacaram que nos diversos efeitos do aumento. das concentrações de C02 na atmosfera, além do aquecimento global, estão as perturbações no padrão de umidade do solo e na precipitação regional. Por outro lado, alguns autores como Eamus & Jarvis (1989) e Mussleman & Fox (1991) comentaram que potenciais beneficios de um aumento nas concentrações de C02 atmosférico, seriam uma fotossíntese mais estimulada, um aumento na produção agrícola e uma eficiência maior no uso da água. Em contrapartida McMurtrie et al. (1992) e Melillo et al. (1993) enfatizaram que o aumento na produção de biomassa, talvez não fosse experimentado por todo o ecossistema natural. E que a limitação do nitrogênio do solo e o aumento na respiração, talvez restringisse o ganho de biomassa estimulado pelo C02 adicional..

(26) 15. Outros estudos de fisiologia vegetal como, Epron & Dreyer (1993) e Kubiske & Abrams (1994) mostraram que a redução nas taxas de assimilação de C02 e da condutância estomática estão associadas ao baixo potencial de água nas folhas ou o reduzido conteúdo de água no solo. Tardieu &Davies (1992) relataram que evidências experimentais indicaram, que o déficit de umidade no solo inicia uma ação hormonal induzindo o fechamento estomático, limitando a absorção de carbono. Pielke et al. (1998) destacaram que a resposta da condutância das folhas às condições atmosféricas representa uma troca rápida entre a biosfera e a atmosfera. A variação na abertura estomática é uma rápida resposta à redução da radiação de ondas curtas produzida pela passagem de uma nuvem em dia claro. Uma troca um pouco mais lenta entre a biosfera e a atmosfera, seria a diminuição da quantidade de umidade do solo e a secagem da superfície provocadas pela evapotranspiração. Quando a vegetação inicia o processo de estresse hídrico, por alguns instantes os estômatos se fecharão, objetivando manter a água restante. Desta maneira a maior parte da radiação líquida é transformada em fluxo de calor sensível. O índice de área foliar (IAF), que é a razão entre o metro quadrado de área total de folha pelo metro quadrado de solo, sofre variações entre as estações do ano (modificações sazonais), que alterarão a partição de energia nos fluxos de calor sensível e latente. Segundo Williams .et al. (1998) as variações no IAF têm certo impacto, porém, isoladamente, não explicam as mudanças na fotossíntese Alterações no IAF afetarão o albedo, que é a razão entre a radiação solar refletida e a radiação solar incidente em uma superfície. Culf et al. (1995,1996) apresentaram valores de albedo para a Amazônia que determinaram uma variação sazonal. Em média, oscilaram em torno de 12% na época chuvosa e 14% na época seca. A precipitação foi destacada por Pielke, (op cit., p.463) podendo representar uma troca de curta duração entre a biosfera e a atmosfera, que rapidamente poderá repor a umidade do solo, assim como criar uma can1ada de água na superfície da vegetação, por intermédio da interceptação. Ubarana (1996), realizando experimentos de perda por interceptação da precipitação em áreas de floresta na Amazônia, determinou que, em média, cerca de 12% da precipitação ocorrida, são interceptados pelo dossel vegetativo..

(27) 16. . Schimel et al. (1996) observaram que o estoque de carbono orgânico nos ecossistemas terrestres é mais que o dobro do carbono contido na atmosfera, na forma de C02, cerca de 1600 e 765 Pg C, respectivamente. Mesmo com os continentes e ilhas representando menos de um terço da superfície do planeta, e não sendo totalmente vegetados, as trocas de carbono entre os ecossistemas terrestre e a atmosfera representariam cerca de 120 Pg C ano- 1, com a matéria orgânica sendo criada pela fotossíntese, aproximadamente balanceada pela liberação de C02 na respiração e decomposição. Andres et al. ( 1996) atentaram para o fato de que, uma pequena variação de apenas 5% nas trocas naturais de carbono entre os ecossistemas terrestres e a atmosfera, seria da mesma magnitude do total das emissões globais de carbono de origem industrial para a at�osfera, cerca de 6,3 Pg C ano- 1 em 1998. Apesar de tudo, Schimel et al. op. cit., evidenciaram que a função da biosfera terrestre no balanço global de carbono, parece ser de agir como um sorvedouro de 1 a 2 Pg C ano- 1 da atmosfera. Vários autores atribuíram que esta função poderia ser operada por uma combinação de fatores. Para Schindler & Bayley (1993), seria por deposição de nitrogênio. Dai & Fung (1993) vincularam às flutuações climáticas. Dixon et al. (1994) responsabilizaram os resflorestamentos, principalmente no Hemisfério Norte. Gifford (1994) e Friedlingstein et al. (1995) atribuíram à contribuição da autofertilização por C0 2. 2.5 Técnicas de medidas de CO2. A quantificação dos fluxos e concentrações de C02 em ecossistemas vem sendo determinada pela utilização de variadas técnicas e equipamentos. Lieth & Whittaker (197 5), citados por Valentini et al. (1996) realizaram medidas de carbono por meio de amostragens destrutivas, o que não era muito vantajoso. Fung et al. (1987) utilizaram o sensoriamento remoto para estimar o conteúdo de carbono. Delmas et al. (1992) tiveram seus resultados obtidos pela análise das concentrações de C0 2 por cromatografia gasosa. Wofsy et al. (1988), também utilizaram esta técnica, porém, além de medirem os perfis de concentração de C02 dentro e acima.

(28) 17. da floresta, as determinaram dentro da camada limite atmosférica. Estas últimas foram realizadas a partir de uma aeronave. Nos últimos anos, com o desenvolvimento de novas tecnologias, tomou-se possível realizar medidas de fluxo e concentração de gases, de uma forma mais prolongada e confiável. Com o aperfeiçoamento do anemômetro sônico e dos analisadores infravervelhos de gases, a aplicação da técnica da correlação dos vórtices turbulent�s (eddy correlation) permitiu a medição das trocas totais de carbono, em nível de ecossistemas, com a vantagem de não ser destrutiva, e trabalhar em uma escala de tempo de poucas horas até vários anos. Permite também, ainda relacionar estas trocas aos fatores ambientais (Valentini et al., 1996). Longos períodos de medidas de fluxos podem ser conseguidos, com um planejamento adequado e uma boa manutenção dos equipamentos (Leuning & Judd, 1996). Em uma escala local, a c ovariância dos turbilhões, como também é conhecida esta técnica, é um método testado e aprovado para as medidas de densidade e fluxos de gases traços entre a biosfera e a atmosfera (Baldocci et al., 1988; Grelle & Lindroth, 1996; Lenschow, 1995; Moncrieff et al., 1996). É um método direto e confiável de medidas de fluxos de gases, porém, tem suas limitações, como os erros sistemáticos, seletivos e aleatórios, descritos por Goulden et al. (1996), Baldocci et al. (1996) e Moncrieff op.cit. Ruimy et al. (1996) destacaram que as medidas por correlação dos fluxos turbulentos poderão ser usadas no estudo da fisiologia dos ecossistemas, como resposta do fluxo de C02 às variáveis ambientais, permitindo ainda ser aplicadas como testes para modelos teóricos de ecossistemas. Os fluxos de C02 obtidos por este método micrometeorológico. têm características. espacial e temporal,. que os tomam. potencialmente úteis na modelagem do balanço global de carbono. 2.6 Alguns estudos de CO2 em florestas Os estudos de C02 em florestas, têm sido realizados freqüentemente no Hemisfério Norte, nas florestas temperadas. Estas regiões, de modo geral, passam uma.

(29) 18. parte do ano sob condições climáticas que se caracterizam pela presença de neve. Deste modo, há um evidente ciclo sazonal nas funções fisiológicas da vegetação. · Goulden et al. (1996) caracterizaram claramente a sazonalidade ocorrida nas trocas líquidas de C02 entre a atmosfera e uma floresta temperada no nordeste dos Estado Unidos da América (Harvard Forest, Massachusetts), entre os anos de 1991 e 1994. Nos meses de verão da região, principalmente julho, o ecossistema florestal absorveu C02 da atmosfera com grande intensidade. Enquanto que, nos meses mais frios, dezembro e janeiro principalmente, praticamente não ocorreu absorção de C02 pela floresta. Na média do período, a floresta atuou como um sorvedouro de C02 da atmosfera, em uma taxa de -2,1 Mg C ha- 1 ano- 1• Valentini et al. (1996) realizaram estudos de C02 em uma floresta localizada na região de Collelongo na Itália central, entre os meses de maio a novembro de 1993. Durante o período analisado, a floresta absorveu C02 na média de - 4,7 Mg C ha- 1 ano- 1• Greco & Baldocci (1996) estudaram o fluxo líquido de carbono entre a atmosfera e uma floresta temperada, localizada em Oak Ridge, Tennessee, E.U.A. As medidas foram realizadas entre abril de 1993 e abril de 1994. A sazonalidade nos fluxos ficou evidenciada . Na primavera, a floresta absorveu carbono da atmosfera, enquanto que no inverno, predominou a liberação de carbono para a atmosfera. A taxa média líquida do fluxo de C02 foi de -5,25 Mg C ha- 1 ano- 1, representando um considerável sorvedouro de carbono da atmosfera. Poucos trabalhos têm sido feitos abordando as trocas de C02 entre a atmosfera e as florestas tropicais. Delmas et al. (1992) fizeram medidas sobre uma região de floresta tropical na bacia do rio Congo, na África equatorial. As análises foram realizadas sobre as informações obtidas com a utilização de cromatografia gasosa. 2. 7 Estudos de CO2 na Amazônia A Amazônia que é a maior área de floresta contínua na região equatorial, só recentemente tem recebido a atenção dos pesquisadores, para tentar entender sua função.

(30) 19. nas interações de C0 2 entre a floresta e a atmosfera, e dimensionar sua importância no balanço global de carbono. Wofsy et al. (1988) realizaram medidas a partir de uma aeronave-laboratório que ajudaram na compreensão do ciclo diurno da concentração de C02 e as interações com os diferentes tipos de superfície, tais como, floresta de terra firme, regiões alagadas e oceanos. Mostraram que, durante o período noturno, o perfil integrado da concentração de C02 sobre a floresta foi superior ao de áreas alagadas, que por sua vez, tinha sido maior que o perfil medido sobre o oceano. Informações como estas, mostraram nitidamente a função da floresta de liberar C0 2 para a atmosfera durante a noite, por intermédio da respiração combinada do sistema solo-planta. Fan et al. (1990) realizaram um trabalho na Reserva Florestal Ducke, próxima à Manaus (AM), entre os dias 22 de abril a 8 de maio de 1987, durante o ABLE 2b. O ciclo diurno da variação dos fluxos de C02 foi bem definido, mostrando a influência da radiação solar incidente. A absorção de carbono pela vegetação, durante o dia, foi em média balanceada pela respiração à noite. A respiração do solo foi responsável por cerca de 90% do total da liberação de carbono para a atmosfera. Durante o período estudado, a floresta foi um sumidouro de carbono da atmosfera. A taxa de assimilação foi de -2,2 Mg C ha- 1 ano- 1, quando estendida para o período de um ano. As concentrações de C02 medidas acima do dossel, em média, variaram entre o mínimo de aproximadamente 340 ppmv ao meio-dia e o máximo de cerca de 370 ppmv antes do nascer do sol. Grace et al. (l 995a,b; 1996a,b) realizaram medidas de C02 em uma área de floresta em Rondônia, no sudoeste da Amazônia. Na Reserva Biológica do Jarú foram coletadas informações durante 44 dias, entre maio e junho de 1993. A concentração de C02 medida acima do dossel variou de menos de 350 ppmv no meio do dia, até mais de 500 ppmv no final da noite e início da manhã. A média do período foi de 405. ± 48. ppmv. O fluxo de C02 entre a floresta e a atmosfera apresentou um padrão diurno bem definido. A respiração atingiu picos de até +20 µ mol m-2 s- 1 , ficando em média, entre +6 e +7 µ mol m-2 s- 1. A absorção de C02 foi acentuada nos horários de maior incidência de radiação solar, entre 12 e 14 horas, alcançando cerca de -17 µ mol m-2 s- 1• Durante 33.

(31) 20. dos 44 dias analisados, o balanço líquido de carbono indicou uma absorção pela floresta do carbono atmosférico. Os onze dias restantes, quando o sistema solo-planta perdeu carbono para a atmosfera, coincidiram com a ocorrência das friagens, que são períodos influenciados pela passagem de sistemas climáticos que reduzem drasticamente a temperatura do ar na região. Mais detalhes destes fenômenos estão em Marengo et al. (1997). As medidas de CO2 mostraram um seqüestro líquido de carbono da atmosfera pela floresta. A aplicação de um modelo combinado de condutância estomática e bioquímico, utilizando dados climáticos de um ano, de 1 de julho de 1992 a 30 de junho de 1993, estimou para este período um seqüestro de aproximadamente 1 Mg C ha- 1 ano- 1• O modelo foi sensível à temperatura, pois quando acrescentaram +0,5 ºC ( o que teria sido reduzido da temperatura média devido à erupção do vulcão Pinatubo, nas Filipinas) o resultado foi que, a floresta acumularia menos carbono, cerca de 0,84 Mg C ha- 1ano- 1• Quando acrescentaram +4% nos valores de radiação solar (pelo mesmo motivo anterior) o modelo estimou uma assimilação de aproxiamdamente 1,2 Mg C ha- 1 ano- 1 pela floresta. Sarmiento (1993) enfatizou que anomalias climáticas podem resultar em flutuações no balanço de carbono de um ano para outro. Malhi et al. (1998) apresentaram os resultados das medidas de CO2 obtidos na Reserva Biológica do Rio Cuieiras no Amazonas, no período de setembro de 1995 a agosto de 1996. Os resultados sugerem que a floresta tropical de terra firme na Amazônia tem uma estabilidade nas funções fisiológicas, apesar de sua altíssima biodiversidade, pois, os padrões dos ciclos diurnos de CO2 obtidos na Reserva Jarú em Rondônia (distante cerca de 850 km de Cuieiras), e na Reserva Ducke no Amazonas (distante cerca de 50 km de Cuieiras) foram bastante similares nos valores de respiração noturna. A variação espacial na Amazônia parece ser da mesma magnitude da variação sazonal. O ciclo diário de CO registrou valores entre -28 a -24 µ mol m-2 s- 1 nos 2. horários de maior fotossíntese, enquanto que a taxa de respiração ficou entre +6 a +8 µ mol m-2 s- 1• A sazonalidade observada nos fluxos de carbono entre a floresta e a atmosfera foi relacionada ao conteúdo de água no solo, que por sua vez, está vinculado à grande variação sazonal apresentada pelas chuvas na região. A sazonalidade pluviométrica tem um impacto na fisiologia do dossel, alterando o albedo, pois o dossel.

(32) 21. fica com o verde mais escuro na época das chuvas pela renovação de parte da folhagem. Na época seca, a redução da evapotranspiração, induziu a um maior fluxo de calor sensível e, consequentemente, temperaturas mais elevadas e maiores déficits de pressão de vapor. A limitação da umidade (estresse hídrico) pode ser o fator sazonal mais importante para a atividade microbiana, reduzindo a respiração na época seca, implicando que a variação sazonal na fotossíntese seja responsável pelas alterações no fluxo líquido de carbono durante o ano. Culf et al. ( 1999) estudaram as variações nas concentrações de carbono na camada limite noturna, sobre uma área de floresta na região central da Amazônia. Com o auxílio de um balão cativo, obtiveram medidas de carbono até cerca de 300m de altura, durante dez noites em novembro de 1995. Em uma pequena clareira de 50m X 50m foram realizadas medidas das concentrações de carbono, desde 5m até cerca 300m, em intervalos aproximadamente regulares de 50m. Em uma comparação entre as medidas obtidas na borda da clareira (5m de altura) e outras coletadas dentro da floresta (5,3m de altura) distantes cerca de 750m entre si, houve uma excelente concordância, isto sugere que as concentrações de carbono, próximas ao solo, são notavelmente uniformes na floresta. As medidas realizadas no primeiro perfil (aproximadamente 50m de altura) na clareira e as obtidas no topo de uma torre dentro da floresta (46,5m de altura), também apresentaram uma boa concordância. Durante a noite, as variações nas concentrações de gases próximos à superfície, podem ser fortemente influenciadas pela estrutura da camada a_tmosférica acima. Culf et al. ( 1997) consideraram importante a altura da camada de mistura na determinação da concentração de CO2 na atmosfera. As concentrações seriam freqüentemente dominadas pelo entranhamento do fluxo originário da variação de altura da camada de mistura. As concentrações noturnas de CO2 foram mais sensíveis às diferenças, tanto na altura da camada limite como nos valores dos fluxos de superfície..

(33) 22. 3 MATERIAL E MÉTODOS 3.1 Localização Este trabalho foi realizado com dados coletados na Reserva Biológica do Rio Cuieiras, na bacia do rio Tarumã-açu, localizado na região central do Amazonas, 2° 36' S, 60º 7' W, 52m, distante aproximadamente 57 km ao norte de Manaus (Figura 7). A reserva que pertence ao Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), faz parte de uma grande área de terra firme, que no início dos anos 80 começou a ser estudada como uma amostra representativa da floresta tropical. O acesso é feito pela rodovia BRl 74 que liga Manaus (AM) a Boa Vista (RR). Após cerca de 50 km na estrada principal o acesso à torre passa a ser feito por uma estrada vicinal (ZF-2), por aproximadamente 1 O km sem pavimentação asfáltica, e por isso de difícil utilização durante o período mais chuvoso do ano. Na parte final do percurso, uma trilha na floresta com aproximadamente 1 km de extensão liga a estrada à torre..

(34) FO/\.TI Projeto ABRACOS. FOTOS Arqui\ o pessoal. Figura 7 Localização da Reserva Biológica do Rio Cuieiras, distante cerca de 57km de Manaus, AM (área clara no centro à direita da imagem de satélite). No detalhe abaixo a torre micrometeorológica, com 41,Sm de altura..

(35) 24. 3.2 Características do solo. A Reserva de Cuieiras, é caracterizada como uma floresta de terra firme e possui um solo bastante comum na região amazônica. O latossolo amarelo-argiloso, contendo cerca de 80% de argila e 10% de areia, e uma profundidade variando de 3 a 8m. É um solo pobre em nutrientes, ácido com pH entre 4,3 e 5, uma porosidade alta oscilando entre 50 e 80%. Possui elevada condutividade hidráulica com os macroporos e mesoporo� drenando com eficiência no primeiro metro de profundidade, somente os microporos retem a água, que será pouco disponível às plantas (Chauvel et al., 1991). A capacidade de água disponível é baixa, cerca de 70mm m- 1 no primeiro metro, e de aproximadamente 30mm m- 1 abaixo de 2m de profundidade com uma retirada máxima de água próxima de 250mm ano- 1 abaixo da camada de 2m (Correia, 1984; Hodnett et al., 1996). A baixa disponibilidade de água nos perfis superiores do solo, provocada por períodos de menor precipitação, forçará as plantas a retirarem água em grandes profundidades, entre 8 e 9m, para atender às suas necessidades hídricas (Nepstad et al., 1994; Hodnett et al., 1996; Tomasella & Hodnett, 1996). 3.3 Vegetação. A região apresenta uma vegetação de grande porte, com uma altura média do dossel de ~30m, e a presença de algumas árvores emergentes que alcançam entre 40 e 45m. Possui uma composição com grande variedade, com cerca de 180 espécies por hectare, com DAP superior a 0,15m (McWilliams et al., 1993). O índice de área foliar (IAF) variou entre 5,5 e 6,7. Em uma estratificação vertical o IAF foi maior na altura entre 15 e 20 m, com os menores valores registrados abaixo de 10m (Roberts et al., 1996). A densidade de biomassa acima do solo foi aproximadamente estimada em 350 Mg ha- 1• Lucas et al. (1996) apresentaram uma ampla variação da estimativa de biomassa para a floresta da região, podendo oscilar de 225 Mg ha- 1 até 563 Mg ha- 1•.

(36) 25. 3.4 Torre micrometeorológica A estrutura utilizada para a instalação dos equipamentos de medida na floresta foi uma torre metálica com 41,5m de altura e 6m de comprimento lateral (Figura 8). É uma torre cuja a estrutura tem dimensões maiores que as utilizadas freqüentemente em estudos micrometeorológicos de fluxos. Para minimizar possíveis distorções nas medidas dos fluxos, causadas pela própria torre, o coletor de amostra de ar e o anemômetro sônico foram instalados na extremidade de um mastro com 5m de comprimento (completando a altura total de 46,5111), posicionado na direção nordeste e afastado cerca de 3m da estrutura principal (Figura 9).. Figura 8 Torre micrometeorológica com 41,5m de altura e 6m de seção lateral instalada na Reserva Biológica do Rio Cuieiras (AM)..

(37) 26. Figura 9 Estação meteorológica automática, abaixo à esquerda. Haste metálica com 5m de comprimento (altura total 46,5m) para sustentação do anemômetro sônico reduzindo a influência da estrutura principal sobre as medidas de fluxos..

(38) 27. 3.5 Covariância dos fluxos turbulentos. A técnica da covariância dos fluxos turbulentos (eddy covariance) foi utilizada para medir as interações de C02 entre a atmosfera e a floresta. Isto permite determinar o fluxo vertical de CO2, usando o cálculo da covariância entre as flutuações da velocidade vertical do vento (w') e das concentrações de CO2 (co2') em todas as freqüências. A velocidade vertical instantânea do vento, foi determinada pelo anemômetro sônico tridimensional Solent (Gill instruments, Lymington, Reino Unido) (Figura 10a). As concentrações de CO2 foram determinadas a partir de amostras de ar coletadas próximo ao anemômetro e conduzidas através de um tubo de teflon Dekabon com 10m de comprimento e 6mm de diâmetro, a um fluxo de 6dm3 min- 1, para dentro de um analisador infravermelho de gás de resposta rápida Ll6262 (LICOR, Lincoln, Nebraska, EUA), que trabalhou a uma freqüência efetiva de 5Hz. O sinal analógico de saída produzido pelo analisador foi enviado ao anemômetro sônico, onde foi digitalizado e combinado com os dados de vento. A saída digital combinada foi coletada em computador portátil à uma freqüência de 20,8Hz (Figura 10b). Os fluxos foram calculados em tempo real com a utilização do programa EDISOL (University of Edinburgh, Reino Unido), maiores detalhes foram apresentados por Moncrieff et al. (1997). Um outro analisador infravermelho de gás (PP systems, Hitchin, Reino Unido) foi usado para medir as concentrações de CO2 em 6 alturas diferentes: 1; 9; 17,4; 25,3; 33,3 e 46,Sm, sendo que a amostragem mais alta foi o fluxo de saída do sistema de covariância dos turbilhões, para permitir a consistência entre os dois instrumentos. Para cada altura, foi realizado uma amostragem durante 5 minutos. Fan et al. (1990) usaram 4 minutos por amostragem. Este tempo foi suficiente para possibilitar a eliminação de resíduos de ar no interior do tubo. Um ciclo completo nos perfis foi realizado a cada meia hora, enquanto que em tempo real os dados foram armazenados em médias de dez minutos. A energia para a manutenção de todos os instrumentos foi fornecida por baterias de 12V, que eram permanentemente alimentadas por dez painéis solares.

(39) 28. SOLAREX (MSX60). Os analisadores de gás foram semanalmente calibrados com amostras de C02 com concentração conhecida.. Figuras 1 O a) Anemômetro somco tridimensional Solent (Gill instruments, Reino Unido). b) Analisador infravermelho de gás LI-6262 (LICOR, EUA), com microcomputador contendo o programa EDISOL (UoE, Reino Unido)..

(40) 29. As variáveis meteorológicas foram determinadas pelos instrumentos de uma estação automática instalada no topo da torre (Figura 9). As temperaturas do bulbo seco e úmido foram determinadas por um psicrómetro aspirado com sensores de platina e resolução de 0,1 ºC (IH, Wallingford, Reino Unido). Foram utilizados ainda, um pluviômetro de báscula com resolução de 0,2mm, e um anemômetro (Didcot Instruments Company, Abingdon, Reino Unido), termômetros de solo instalados a 5cm de profundidade (Elmer, New Jersey, EUA), piranômetros registrando no espectro de 0,3 a 3,0 µm (Kipp & Zonen, Delft, Holanda), saldo radiômetro Q*6 (REBS, Seattle, EUA). As informações foram armazenadas em um módulo solid state (Campbell Scientific, Shepshed, Reino Unido). Algumas variáveis utilizadas, foram obtidas pela aplicação de algumas equações que estão detalhadas a seguir (Pereira et al. 1997): O déficit de pressão do vapor (.ó.e) é a diferença entre a pressão de saturação de vapor (es) e a pressão parcial ou atual do vapor (ea), todos expressos em kPa (Equação 1). (kPa). (1). sendo que es foi determinada pela aplicação da equação de Tetens (Equação 2) e ea pela equação psicrométrica (Equação 3).. es = 0,61.10. (�). 2 3 7, 3+10. (kPa). (2). (kPa). (3). em que .ó.t é a depressão psicrométrica, y o coeficiente psicrométrico e esu é a pressão de saturação do vapor à temperatura úmida..

(41) 30. A umidade relativa do ar (UR) foi obtida pela equação(4):. UR = ea 100 es. (% ). (4). A razão de Bowen(�) foi calculada pela Equação 5:. (admensional). (5). sendo o H o fluxo de calor sensível e o LE o fluxo de calor latente ambos expressos em W m-2 e obtidos pela covariância dos turbilhões. O albedo(a) ou refletividade foi determinado pela razão entre radiação solar refletida (Sr) e a radiação solar incidente(S),(Equação 6):. a= Sr 100. s. (%). (6). A energia armazenada na biomassa (B) foi obtida com a equação proposta por Moore & Fisch(1986), (Equação 7).. B=B, +Bq +Bh =16,701+28&7+12,6&* sendo B1 e Bq as energias armazenadas no ar pelas variaçõe horárias da temperatura (ot) e umidade específica(&]). A energia armazenada pelos troncos das árvores é representada por Bb e estimada em função da variação horária da temperatura adiantada em uma hora (ot*). Os valores de fluxos turbulentos foram calculados pela aplicação da técnica de correlações de vórtices, com medidas simultâneas de desvios de velocidade vertical (w') e de concentração(CO2'). O fluxo vertical de um escalar, tal como o CO2, pode ser considerado como o balanço entre a quantidade do escalar transportado através de um.